(57)【要約】 【課題】  摺動部材の移動距離を損なわずに小型化でき、積層型圧電アクチュエータ素子と駆動部材との固定部の強度が得られ破損しにくい積層型圧電アクチュエータ装置を提供することを課題とする。【解決手段】  積層型圧電アクチュエータ素子５と、駆動部材７と、摺動部材８とで積層型圧電アクチュエータ装置を構成し、摺動部材８が摺動する駆動部材７の摺動面を層型圧電アクチュエータ素子５の両端面をそれぞれに含む２面の間に配置し、積層型圧電アクチュエータ素子５と駆動部材７とが成す間隙に弾性部材１０を充填する。【選択図】  図４
2007258556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層方向に伸縮し、前記積層方向に対して直交する第一の端面と第二の端面を有し、前記第一の端面と前記第二の端面と側面とからなる柱体をなす積層型圧電アクチュエータ素子と、固定部と延在部とを有し、前記固定部は前記第一の端面に少なくとも一部が固定され、前記延在部は、前記第一の端面を含む面と前記第二の端面を含む面とに挟まれてなる空間内に延在されてなる駆動部材と、前記駆動部材の前記延在部の表面を摺動する摺動部材とからなることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ装置。
【請求項２】
前記固定部と前記延在部は、有底筒体を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電アクチュエータ装置。
【請求項３】
前記積層型圧電アクチュエータ素子の側面と前記駆動部材の前記延在部の表面とが成す空間に、絶縁性を有する弾性部材が充填されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の積層型圧電アクチュエータ装置。
【請求項４】
前記第二の端面は、固定部材に固定される固定端をなすことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の積層型圧電アクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型圧電アクチュエータ素子を使用する小型のリニアアクチュエータに好適な積層型圧電アクチュエータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ジルコン酸チタン酸鉛系をはじめとする、いわゆる圧電セラミックス材料からなる圧電素子は電気−機械変換素子として幅広い分野で利用されている。圧電素子には、圧電セラミックス材料の原料粉末をプレス成形して、焼成プロセスを経て焼結体にしたものを加工することで得られる一般的な圧電素子と、同じ圧電セラミックス材料の原料粉末からスラリーをつくり、成膜プロセスにより薄膜化し、さらに印刷・積層・焼成プロセス等を経て得られる積層型の圧電素子とがある。
【０００３】
特に後者の積層型の圧電素子は、小型であっても大変位、大発生力が得られるので、アクチュエータとして広く利用されている。このアクチュエータとして利用されている積層型の圧電素子は積層型圧電アクチュエータ素子と呼ばれ、これを使用したアクチュエータ装置は積層型圧電アクチュエータ装置と呼ばれている。
【０００４】
近年、電子機器や装置の小型化にともない、アクチュエータ装置にも小型化の要求が一層強くなっている。例えば、携帯電話機に搭載されているカメラレンズモジュールにはレンズを移動させるためのアクチュエータ装置が使用されている。従来この種のアクチュエータ装置には、電磁モータが利用されてきた。
【０００５】
しかしながら、携帯電話機への搭載に際し、電磁モータをさらに小型化するのには限界がある。そこで、電気エネルギーを駆動力に変換でき、変換効率が高く、小型軽量でありながら発生力が大きい圧電素子を使用する、電磁モータの代わりとなるアクチュエータ装置の提案がなされている。
【０００６】
図１は、従来の積層型圧電アクチュエータ装置の断面図である。図１に示す積層型圧電アクチュエータ装置１０１は、一端面を固定部材１０６に固定された積層型圧電アクチュエータ素子１０５と、積層型圧電アクチュエータ素子１０５の他端面に固定される駆動部材１０７と、駆動部材１０７の表面を摺動面とする摺動部材１０８とで構成されている。この積層型圧電アクチュエータ装置１０１は摺動部材１０８が積層型圧電アクチュエータ素子１０５の発生する変位と駆動力により、矢印で示す方向Ａや方向Ｂに移動するので、摺動部材１０８の動きをアクチュエータとして利用することができる。このような積層型圧電アクチュエータ装置は特許文献１或いは特許文献２に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−６９１００号公報
【特許文献２】特開２００６−５９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述の如く、従来の積層型圧電アクチュエータ装置は、積層型圧電アクチュエータ素子の変位を発生する端部に駆動部材を接着し、駆動部材上を摺動部材が移動する構造となっているので、図１に示すように、積層型圧電アクチュエータ装置１０１の動作部分の長さ１１０は積層型圧電アクチュエータ素子１０５の長さ１０４と駆動部材１０７の長さ１０９とを合わせた長さ１１０になっている。そのため、圧電アクチュエータ装置の全長が長くなり、小型化できないという問題点がある。
【０００９】
また、従来の積層型圧電アクチュエータ装置は、駆動部材を積層型圧電アクチュエータ素子の端面に接着剤で固定する構造であるので、固定部の強度が得られず、外部の衝撃により積層型圧電アクチュエータ素子と駆動部材とが分離して装置としての機能を失うという問題点がある。
【００１０】
従って、本発明は上記従来技術の問題点を解決することを課題とする。具体的には、摺動部材の移動距離を損なわずに小型化でき、積層型圧電アクチュエータ素子と駆動部材との固定部の強度が得られ破損しにくい積層型圧電アクチュエータ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。即ち、本発明は、積層型圧電アクチュエータ素子と、駆動部材と、摺動部材とで積層型圧電アクチュエータ装置を構成し、摺動部材が摺動する駆動部材の摺動面を積層型圧電アクチュエータ素子の両端面をそれぞれに含む２面の間に配置し、積層型圧電アクチュエータ素子と駆動部材とが成す間隙に弾性部材を充填することをその要旨とする。
【００１２】
本発明によれば、積層方向に伸縮し、前記積層方向に対して直交する第一の端面と第二の端面を有し、前記第一の端面と前記第二の端面と側面とからなる柱体をなす積層型圧電アクチュエータ素子と、固定部と延在部とを有し、前記固定部は前記第一の端面に少なくとも一部が固定され、前記延在部は、前記第一の端面を含む面と前記第二の端面を含む面とに挟まれてなる空間内に延在されてなる駆動部材と、前記駆動部材の前記延在部の表面を摺動する摺動部材とからなることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ装置が得られる。
【００１３】
本発明による積層型圧電アクチュエータ装置は、圧電セラミックス材料の原料粉末からスラリーをつくり、成膜プロセスにより薄膜化し、さらに印刷・積層・焼成プロセス等を経て得られる積層型圧電アクチュエータ素子を使用する。積層型圧電アクチュエータ素子は、圧電セラミックス層と内部電極層とが交互に厚みを成す方向に積層される積層体を成し、積層方向に対して平行で、且つ対抗する２つの側面に前記内部電極が交互に取り出され、各側面に設けた外部電極で接続される構造を成す。
【００１４】
側面に設けた２つの前記外部電極間に電界を印加することにより、対向する内部電極層に挟まれた圧電セラミックス層には積層方向に歪みが生じ、各圧電セラミックス層の歪の総和が全体の変位量として得られる。
【００１５】
本発明では、前記積層型圧電アクチュエータ素子は前記積層方向に対して直交する第一の端面と第二の端面の２つの端面と側面とからなる柱体をなし、前記第二の端面を固定部材に固定し、前記第一の端面に駆動部材の固定部を固定する。駆動部材は延在部を有し、延在部の表面を摺動面とする摺動部材を配置する。駆動部材の構造は、前記積層型圧電アクチュエータ素子の固定部材に固定された第二の端面を含む仮想的な面と駆動部材が固定された第一の端面を含む仮想的な面とがなす空間に前記延在部が配置されるような構造にする。
【００１６】
本発明による積層型圧電アクチュエータ装置は、摺動部材の摺動する摺動面が積層型圧電アクチュエータ素子の駆動部材が固定された第一の面部から長手方向に延在せず、前記固定部材側の第二の面部へ向かう方向に配設される。従って、本発明による積層型圧電アクチュエータ装置の動作部分の長さは、積層型圧電アクチュエータ素子の長さと駆動部材の長さとを合わせた長さにはならずに、積層型圧電アクチュエータ素子の長さと駆動部材を固定する部分の僅かな長さのみが付加されるだけの小型な積層型圧電アクチュエータ装置となる。
【００１７】
本発明によれば、前記固定部と前記延在部は、有底筒体を形成してなることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ装置が得られる。本発明による積層型圧電アクチュエータ装置は、例えば、駆動部材を短辺と長辺とからなり、断面がＬ字形状となるようにし、短辺側を積層型圧電アクチュエータ素子の第一の端面に固定し、長辺側に摺動面を設ければ良い。また、駆動部材は、短辺の両端に長辺を延在させて断面がコの字形状となるようにし、２つの長辺の間に積層型圧電アクチュエータ素子を配置し、積層型圧電アクチュエータ素子の第一の端面を短辺側に固定し、長辺側に摺動面を設けても良い。さらに、駆動部材は、有底筒体にして、積層型圧電アクチュエータ素子を筒体の中空部に挿入し、内底面に積層型圧電アクチュエータ素子の第一の端面を固定するのがより良い。尚、筒体の底部の形状は円形や楕円形や多角形等、使用状態に合わせて適宜選択すれば良い。
【００１８】
本発明によれば、前記積層型圧電アクチュエータ素子の側面と前記駆動部材の前記延在部の表面とが成す空間に、絶縁性を有する弾性部材が充填されてなることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ装置が得られる。
【００１９】
また、本発明によれば、積層型圧電アクチュエータ素子の表面と積層型圧電アクチュエータ素子に固定された駆動部材の延在部の表面とが成す空間に絶縁性を有するシリコーン樹脂やウレタン樹脂やゴム等の絶縁性を有する弾性部材を充填することにより、積層型圧電アクチュエータ素子が発生する変位や、発生力を損なうことなく、積層型圧電アクチュエータ素子と駆動部材との固定部の強度を増すことができる。
【００２０】
本発明によれば、前記第二の端面は固定部材に固定される固定端をなすことを特徴とする積層型圧電アクチュエータ装置が得られる。本発明による積層型圧電アクチュエータ装置は、積層型圧電アクチュエータ素子において前記駆動部材の固定部を固定した第一の端面の対面にある第二の端面を固定部材に固定するための固定端とすることで、摺動部材の移動距離が大きい積層型圧電アクチュエータ装置となる。
【発明の効果】
【００２１】
前記の如く、本発明によれば、摺動部材の移動距離を損なわずに小型化でき、積層型圧電アクチュエータ素子と駆動部材との固定部の強度が得られ破損しにくい積層型圧電アクチュエータ装置の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明による積層型圧電アクチュエータ装置は、積層型圧電アクチュエータ素子と、駆動部材と、摺動部材とで構成し、摺動部材が摺動する駆動部材表面の摺動面を積層型圧電アクチュエータ素子の両端面をそれぞれに含む仮想的な２面の間に配設し、積層型圧電アクチュエータ素子と駆動部材とが成す間隙に弾性部材を充填する。
【実施例】
【００２３】
以下、具体的な例を挙げ、本発明による積層型圧電アクチュエータ装置の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
（実施例１）
図２は、実施例による積層型圧電アクチュエータ素子の斜視図である。本実施例に使用した積層型圧電アクチュエータ素子５は、圧電セラミックス層１と内部電極層２とが交互に積層された積層体を成す。この積層体は、圧電セラミックス材料の原料粉末をスラリーにして、成膜プロセスにより薄膜化されたグリーンシートを得た後、圧電セラミックス層１となるグリーンシートと、電極ペーストを印刷した内部電極層２となるグリーンシートを交互に積層したものを所定の大きさに切断して焼成したものである。
【００２５】
この積層体の積層方向に対して平行で、且つ対向する２つの側面には、内部電極層２が表面に露出している部分を１層おきにガラスの絶縁層３で絶縁している。また、内部電極層２は、１層につき前記２つの側面のどちらか一方のみがその露出している部分を絶縁層３で絶縁されている。さらに前記２つの側面には絶縁層３を設けていない内部電極層２を接続する外部電極４を形成した。
【００２６】
図２に示す積層型圧電アクチュエータ素子５の一方の端面を第一の端面として自由端部１１とし、他方の端面を第二の端面として固定端部１２とする。自由端部１１と固定端部１２の近傍には内部電極層２を介さないで圧電セラミックス層１のみを積層した部分を設けている。これは、固定端部１２を固定したり、自由端部１１に他の部材を固定したりする際にその固定の強度を確保すると共に、固定に使用する接着剤のはみ出しの影響を内部電極層や内部電極層間の圧電セラミックス層が受けないようにするための不活性部である。
【００２７】
図３は、実施例による積層型圧電アクチュエータ装置の断面図である。本実施例では、前記の積層型圧電アクチュエータ素子５の固定端部１２を固定部材６に接着剤で固定し、自由端部１１には駆動部材７を接着剤で固定した。駆動部材７は図３に示すように長手方向断面はコの字形状を成す有底の筒形状をしている。また、長手方向に対する垂直面での断面はロの字形状である（ただし、図示しない）。積層型圧電アクチュエータ素子５は前記筒の内部に筒の内側壁と一定の間隙を保ちながら挿入され、自由端部１１は内底面に接着剤で固定されている。
【００２８】
駆動部材７の表面には駆動部材７の表面を摺動面とする摺動部材８を配置した。摺動部材８は摺動面との摩擦力によって保持される。積層型圧電アクチュエータ素子５が外部から入力される電気信号により伸縮をすると駆動部材７も同時に積層型圧電アクチュエータ素子５の伸縮量に応じて変位する。この時、前記変位がゆっくりである場合、摺動部材８は摺動面との摩擦力により駆動部材７に保持されたまま同じ変位をする。前記変位が急峻な場合、駆動部材７は前記摩擦力を振り切って変位するため摺動部材８は変位せずその場に留まることになる。このように積層型圧電アクチュエータ素子５の伸縮の速度を制御することにより、摺動部材８は図３に矢印で示す方向Ａ或いは方向Ｂに移動可能となる。
【００２９】
本実施例では、摺動部材８が移動する範囲は駆動部材７の表面であり長さ９で示す距離となる。従って、積層型圧電アクチュエータ装置の全長は積層型圧電アクチュエータ素子５の全長２１に駆動部材７の固定部分の厚さ２２を加えた長さとなり、図１に示した従来例と比較すると小型になる。
【００３０】
（実施例２）
図４は、実施例による積層型圧電アクチュエータ装置の断面図である。本実施例では、実施例１で製作した積層型圧電アクチュエータ装置において、積層型圧電アクチュエータ素子５と駆動部材７の内側壁との間隙に弾性部材１０としてシリコーン樹脂を充填した。弾性部材１０は積層型圧電アクチュエータ素子５の伸縮を妨げず、また、外部からの振動や衝撃を緩和して、直接積層型圧電アクチュエータ素子５に伝わることを防ぐので、実施例１で製作した積層型圧電アクチュエータ装置に比べて、積層型圧電アクチュエータ素子５と駆動部材７との固定強度をさらに向上させることができる。
【００３１】
表１は、図１に示した従来品と実施例１及び実施例２による積層型圧電アクチュエータ装置における積層型圧電アクチュエータ素子５と駆動部材７との固定強度を評価した結果を示している。評価は、駆動部材７を積層型圧電アクチュエータ素子５との固定面に対して垂直にバネばかりで引っ張り、固定状態が破壊する時の引っ張り力を測定した。
【００３２】
【表１】
2007258556.tif 000003
【００３３】
表１の結果からも判るように、実施例２による積層型圧電アクチュエータ装置は、積層型圧電アクチュエータ素子とコの字形状の駆動部材との間隙に弾性部材を充填したことによって、積層型圧電アクチュエータ素子と駆動部材との接着強度が従来品に比べて増加することがわかった。
【００３４】
本発明によれば、積層型圧電アクチュエータ素子の端面を固定部材に固定し、かつ、反対側の端面にコの字形状の駆動部材を接着剤により固定し配置したことにより、摺動部材の移動距離は従来品と同じでありながら、形状を小型化することができる。
【００３５】
また、積層型圧電アクチュエータ素子と駆動部材の内側壁との間隙に、弾性部材を充填するとにより、積層型圧電アクチュエータ装置の積層型圧電アクチュエータ素子と駆動部材との接着強度を増加させることができる。
【００３６】
前記の如く、本発明によれば、摺動部材の移動距離を損なわずに小型化でき、積層型圧電アクチュエータ素子と駆動部材との固定部の強度が得られ破損しにくい積層型圧電アクチュエータ装置の提供が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明による積層型圧電アクチュエータ装置は、カメラや計測機器等の精密機器の駆動や位置決め等のアクチュエータとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来の積層型圧電アクチュエータ装置の断面図。
【図２】実施例による積層型圧電アクチュエータ素子の斜視図。
【図３】実施例による積層型圧電アクチュエータ装置の断面図。
【図４】実施例による積層型圧電アクチュエータ装置の断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１    圧電セラミックス層
２    内部電極層
３    絶縁層
４    外部電極  
５    積層型圧電アクチュエータ素子
６、１０６    固定部材
７、１０７    駆動部材
８、１０８    摺動部材
９、１０４、１０９、１１０    長さ
１０    弾性部材
１１    自由端部
１２    固定端部
２１    全長
２２    厚さ
１０１    積層型圧電アクチュエータ装置
１０５    積層型圧電アクチュエータ素子
Ａ、Ｂ    方向
【図１】
2007258556.tif 000004
【図２】
2007258556.tif 000005
【図３】
2007258556.tif 000006
【図４】
2007258556.tif 000007